RC有源滤波器设计.doc

RC有源滤波器设计课程设计任务书一、设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。二、设计要求和技术指标2.1技术指标(1) 低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH =2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(2) 高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL =100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(3) 带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。2.2设计要求 （1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；（3）测量技术指标参数；（4）测量有源滤波器的幅频特性并仿真；（5）写出设计报告。三、设计提示3.1、二阶低通滤波电路 为了克服图1.1电路在截止频率附近增益下降过多的缺点，通常是将第一级 RC 电路的电容的接地端改接到运算放大器的输出端，如图1.1（a）中虚线部分所示。这实际上是通过电容 在附近引入了部分正反馈而对该频率范围内的电路增益进行了补偿。我们将这种电路称为改进的二阶低通滤波电路。图1.1 二阶低通滤波器及其幅频特性可以求得图1.1(a)电路的电压传输函数为： (1.1)式(5.1)中 ； (1.2)其中，为电路的等效品质因数。采取这种措施以后，电路的幅频特性可能会在 =0 处出现峰值。如图 1.1(b)所示，峰值的大小与电路的值有关。3.2 有源高通滤波器(HPF)图 1.2(a)是一个二阶高通滤波器。图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波电路。为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路中，组成二阶有源 RC 高通滤波器。采用低通滤波电路相同的分析方法，可得高通滤波电路的传输函数为: (1.3)其中、和与式(5.2)相同。该电路的幅频特性如图5.2（b）所示。图1.2 二阶高通滤波器及其幅频特性3、 有源带通滤波器(BPF) 典型的二阶带通滤波电路如图1.3(a)所示。它的传输函数为 (1.4)其中带通滤波器的中心角频率、电路的品 1=2=)：、。图5.3 二阶带通滤波器及其幅频特性带通滤波电路的3dB带宽可表示为：图1.3 二阶带通滤波器及其幅频特性 (1.5)带通滤波器的中心角频率、品质因数和带宽之间的关系为： (1.6) 该电路的幅频特性如图1.3（b）所示。在带通滤波器中，电路的品质因数值具有特殊的意义，它是衡量这个电路选择性的重要参数。可以通过测出带通滤器的中心角频率(最高增益所对应的角频率)和 3dB 带宽 (电路的增益由最大值下降3dB 所对应的角频率和之差)之比求得。带宽也可以由式 (5.5) 求出四、实验器材名称数量 名称 数量1 k电阻3 0.1UF 20.3 k电阻2 1UF40.5 k电阻1 741芯片30.2 k电阻4万能板10.8 k电阻1电烙铁10.57 k电阻2 电脑1五、设计报告要求1、列出设计步骤，画出电路，标出元件数值；2、比较实测指标和设计要求指标；3、列出测试数据表格；4、分析有源滤波器的幅频特性5、进行仿真。六、设计思考与总结1、总结RC有源滤波器的设计方法和运用到的主要知识点；2、总结滤波器主要参数的测试方法；3、对测试数据进行误差分析。 目录第一章设计目的与原理（1） 1.1设计目的（1） 1.2设计原理和指标（1） 1.3设计要求（1） 第二章电路设计（2） 2.1参数的确定（2） 2.2电路图的设计（2）第三章电路的安装和调试（6）3.1电路的安装(6 )3.2电路的调试和测试（6）第四章心得体会（8）4.1心得体会（8）第五章参考文献（9）第1章1.1设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性1.2设计原理和指标 有源滤波电路是指滤波电路中除了使用R、C等元件外，还应用了集成运放等有源滤波电路。滤波电路的作用是选出有用频率的信号，使一定频率范围的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围之外的信号衰减很大。通常称可以通过的频率范围为通带，不能通过的频率为阻待。通带和阻带的 界限频率称为截止频率。 (1) 低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH =2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(2) 高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL =100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(3) 带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。1.3设计要求 （1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；（3）测量技术指标参数。第2章2.1参数确定2.1.1二阶低通滤波器参数的确定 根据 （1.1）f0=0.37fp有 R1=Rf Rc=0.00003取 R1=1K C=0.1UF所以RF=1K,R=0.3K. 2.1.2二阶高通滤波器参数的 根据 1.3 f0=0.37fp得 RF=4R1 RC=0.00057取 R1=0.2K C=1UF所以 RF=0.8K R=0.57K2.1.3二阶带通滤波器参数的确定根据 1.4f0=0.37fp得 RC=0.0002 R0=0.6RF取 R1=R2=R3=R C=1UF R0=0.3K所以 R1=R2=R3=0.2K RF=0.5K C1=C2=C=1UF.2.2电路图的设计 根据上面的参数,用EWB设计出如下的电路图2.2.1二阶低通滤波器电路图图2.1其中R1=1 k R=300 RF= k C=0.1F电源电压为100Mv/60 Hz其上限截止频率为=1690 Hz仿真后得到幅频特性曲线为图2.22.2.2二阶高通滤波器电路图 图2.3 其中R1=200 R2=R3=570 RF=800 C=1F电源电压为100Mv/60Hz其上限中心频率为=77 Hz仿真后得到幅频特性曲线为2.2.3二阶带通滤波器电路图 其R1=R2=R3=200 R0=300 Rf=500 C=1F 电源电压为100Mv/60Hz 仿真后得到幅频特性曲线为第3章3.1电路的安装 用烙铁把买来的原器件安装在万能版上万能版如右图3.10所示 图3.10（万能版）3.2调试与测试 实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。1、调试前的检查 在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：检查连线是否正确检查的方法通常有两种方法：（1） 按照电路图检查安装的线路。这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。（2） 按照实际线路来对照原理图电路进行查线。这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线其中741芯片引脚如图为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。检查元器件的安装情况检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。2 、调试方法与原则（1）通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。（3）动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。3、调试中注意的事项我们在调试时，为了保证效果，必须尽量减小测量误差，提高测量精度。调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为此，需注意以下几点：（1） 正确使用测量仪器的接地端。（2） 要正确选择测量点，用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（3） 调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（4） 调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.4、电路测试: 在对电路调试完后我们将对电路进行测试，在测试中我们主要是看能否实现其功能；如果能说明成功，不能要重新检查电路是否有问题。第四章4.1心得体会这次课程设计历时二个星期多左右，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作（有源滤波器），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞单片机开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！ 通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。这个工程确实很累，但当我们仿真实验成功的时候，当我们连好线，按下按钮，LED亮了起来，喇叭响起的是我一生以来最好听的声音，我们的心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！ 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富